[发明专利]一种磷酸铁钠纳米线的制备方法

说明书

本发明是这样实现的，该方法主要包括两步，第一步，先制备出磷酸铁锂纳米线；第二步，将第一步制备的磷酸铁锂纳米线通过离子交换的方式转变为磷酸铁钠纳米线；本发明首次成功制备出磷酸铁钠纳米线，其长径比高达600左右，具有很好的形貌均整性；其次，本发明通过先制备磷酸铁锂纳米线后再通过离子交换的方式制备的磷酸铁钠纳米线，很好的保持了原始的橄榄石型结构，而非磷铁钠矿型；最后，将该磷酸铁钠纳米线用于电池测试，发现其具有很好的电化学性能表现。

技术领域

本发明涉及一种功能纳米材料的制备领域，具体涉及一种磷酸铁钠纳米线的制备方法。

背景技术

随着经济社会的不断发展，能源变得愈发重要，其已经成为了当今社会能够稳定发展的基石。其中，以煤、石油、天然气为代表的化石燃料是目前能源应用的主角，占到能源消费总量的80%以上，由于这些能源在使用过程中具有一定的不可再生性及使用后产生的大量污染物，这使得开发出一种清洁可持续利用的有效能源显得尤为重要。

在这个过程中，动力电池的概念应用而生，其中，以锂离子电池为典型代表的动力电池目前已经取得了一定的商业化成功应用，如特斯拉的Roaster 2，其最快时速达到400公里，续航里程达到1000公里，这说明以锂离子电池为代表的动力电池具有很广阔的应用前景，但是，锂离子电池中的锂源近年来也随着锂电池的广泛应用，其价格也日益水涨船高，这一方面归因于市场的巨大需求量，另一面，实质也是最主要的是因为就全球来看，锂矿相对较少，全球的锂储量也不多。

由此，发展一种能够替代锂离子电池正极材料具有重要意义。钠离子电池与锂离子电池类似，都是一种新型的二次离子电池，都在大规模的储能领域具有广泛的应用，相比锂矿，钠矿不但具有广泛的分布，而且其含量更高；而且，钠离子电池相比锂离子电池，具有更高的电势，这使得钠离子电池的电解质选择范围更加广泛，这意味着，使用钠离子电池替代锂离子电池具有很强的可行性。

关于钠离子电池的研究，目前也取得了很多的进展，如中国专利CN105006548A公开了一种微波法合成钠离子电池正极材料NaFePO4 的方法，使用微波的方法直接简单快速的合成出所需的产物，其优点是：节能，加热速度快，无污染，样品晶粒细化、结构均匀，可以精确控制。还比如中国专利CN106587000A公开了一种磷酸铁钠纳米棒的制备方法，其将反应溶液配制好后，通过微波一步法直接制备出了磷酸铁钠纳米棒，其优点是反应操作简单、反应温度低、制备周期短、无需后处理及对环境友好。又比如Chun Li等人在《Journal ofMaterials Chemistry A》上发表的题为“Hollow amorphous NaFePO4 nanospheres as ahigh-capacity and high-rate cathode for sodiumion batteries”关于磷酸铁钠纳米球的制备方法，其通过一种硬模板的方法制备出了具有优异电学性能的磷酸铁钠纳米球，该电极材料在循环充电300圈后仍然具有很好的循环稳定性；此外，韩国汉阳大学的Seung-Min Oh等人发表的题为“Reversible NaFePO4 electrode for sodium secondarybatteries”文章中通过离子交换的方式制备出橄榄石型的磷酸铁钠，将该电极材料用于钠离子电池时，发现其经过50圈的循环后仍然具有很好的循环稳定性，且其比电容达到125mAh/g。这些都说明使用磷酸铁钠作为钠离子电池正极材料替代锂离子电池具有很强的可行性，而目前关于磷酸铁钠的研究相对较少，对于其形貌的可控合成更是缺乏深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁钠纳米线的制备方法，以实现对于磷酸铁钠形貌的可控研究，本发明所用的试剂较为简单，无毒无害，制备方法简易，易于实现，不需要特殊处理，且制备出的磷酸钠铁纳米线具有均整的形貌和均一的尺寸，其长径比高达600左右，将其应用于钠离子电池取得了良好的电化学性能。

为了实现本发明的目的，本发明是这样实现的，该方法主要包括两步，第一步，先制备出磷酸铁锂纳米线；第二步，将第一步制备的磷酸铁锂纳米线通过离子交换的方式转变为磷酸铁钠纳米线。